近期，应《Photonics Insights》期刊创刊共同主编复旦大学周磊教授和香港城市大学蔡定平教授的邀请，北京量子信息科学研究院超快光谱学团队撰写了一篇介绍室温激子极化激元的综述文章。激子极化激元是一种具有光和物质属性的准粒子，激子极化激元凝聚体能展现出普通光一般不具备的量子相位，在量子模拟、量子计算等前沿科技领域具有广泛的前景。2022年8月3日，这篇题为《Microcavity exciton polaritons at room temperature》的综述以封面文章的形式发表在《Photonics Insights》期刊创刊号上^[1]。

该综述文章得到了激子极化激元领域著名科学家Alexey Kavokin教授的高度评价。他专门为这篇综述撰写了评论^[2]，指出“这是一篇激子极化激元在经典和量子计算方向的优秀综述，与2017年牛津科学出版社出版的《Micorcavities》形成了很好的互补”。

图1  左图：Photonics Insights期刊创刊号的封面。右图：微腔中激子极化激元的形成过程及其物理性质 ^[1]。

激子极化激元是一种半光半物质的准粒子，同时具有光子的速度和粒子（激子）的非线性相互作用。这种独特的物理性质使其在低阈值激光器、光调制和开关器件、极化激元器件、神经网络计算，以及量子模拟和计算等领域具有独特的应用前景。

长期以来，激子极化激元的研究大都在极低的温度下进行（液氮甚至液氦温度下），在实验中，需要使用特殊的低温恒温器来进行降温。过低的工作温度是阻碍激子极化激元迈向实际应用的最大挑战之一。为此，研究者们进行了大量的努力。21世纪初，室温激子极化激元的出现标志着这个领域进入到了一个全新的阶段，激子极化激元体系中新奇的量子效应不再需要借助复杂的低温系统，而是在室温条件下就能够被实现。与此同时，基于室温激子极化激元的器件也迎来了快速发展期。

该综述详细总结和讨论了激子极化激元领域中的理论和实验两个方面的进展。文章首先介绍了玻色子量子场论的有关背景，然后逐步过渡到基于驱动-耗散的Gross-Pitaevskii方程的平均场描述。理论上的进展表明，激子极化激元在量子计算和量子模拟上有着巨大的潜力。

在理论研究基础上，文章进一步对激子极化激元在实验上的进展进行了总结和评述。由于微腔中的激子极化激元的有效质量很小，理论上他们的量子态能在室温下稳定存在。21世纪初，在半导体微腔中，由于较大的激子结合能以及较强的光与物质的耦合强度，人们成功地在室温下观察到了激子极化激元的玻色爱因斯坦凝聚。对于这一具有重要意义的历史进程，文章进行了详细介绍：概括了从早期的GaN、ZnO体系，到有机半导体、卤化物钙钛矿、碳纳米管和过渡金属二硫族化合物体系等的室温激子极化激元研究的发展历程。虽然光与物质的强耦合在这些不同的体系中都能实现，但是每个体系都有各自的优势与不足，文章同时系统地总结和比较了这些不同体系中的激子极化激元的物理性质，为基于激子极化激元的应用提供了参考。

该综述篇幅44页包括近400篇文献，对该领域进行了全面的回顾。希望对进入该领域的读者能有所启迪，从而推动这个领域进一步地发展。

图2  第一作者北京量子信息科学研究院副研究员Sanjib Ghosh和Photonics Insights期刊的主编，复旦大学教授周磊合影。Photonics Insights是一本由中国科学院上海光学精密机械研究所主办，中国激光出版社和国际光学工程会共同出版的开源的高质量期刊。

参考文献:

[1] Sanjib Ghosh, Rui Su*, Jiaxin Zhao, Antonio Fieramosca, Jinqi Wu, Tengfei Li, Qing Zhang, Feng Li, Zhanghai Chen, Timothy Liew, Daniele Sanvitto, Qihua Xiong*, “Microcavity exciton polaritons at room temperature”, Photonics Insights 1, R04 (2022).

[2] Alexey Kavokin*, “Liquid light at room temperature”, Photonics Insights 1, C02 (2022).

文章链接：https://www.researching.cn/articles/OJae54a51accc14334

（超快光谱学团队  供稿）